随着循环流化床(CFB)锅炉大型化,冷渣器的正常运行已经直接关系到锅炉的连续、可靠和安全、经济运行,滚筒式冷渣器因适应性广、结构简单、运行可靠性高而得到了广泛应用。然而,当前冷渣器业内设计、生产以及运行主要靠依靠经验,还缺乏相应的理论指导和科学参考,而滚筒式冷渣器中灰渣的运动与传热对提高冷渣器冷渣能力和安全运行具有重要意义。鉴于此,本课题在“十一五”国家科技支撑计划——“600MWe超临界循环流化床锅炉辅机系统研究”的支持下对滚筒冷渣器内灰渣运动特性与传热特性进行了系统的实验研究和模拟分析,用以改善冷渣器的运行性能,提高冷渣系统的可靠性和经济性,为超临界CFB锅炉冷渣器开发及应用提供技术支持。本研究首先采用颜色示踪法对滚筒内灰渣运动特性进行了观察与测试实验,并建立了滚筒冷渣器运动模型对灰渣的运动轨迹进行了模拟分析。发现灰渣在滑移和塌落状态下,灰渣间混合程度较弱,在滚落状态下灰渣混合强烈;在滚落状态下,转速与灰渣在滚筒内的停留时间成反比,填充度越大停留时间越长,滚筒长度和内螺旋角度越小停留时间越小;而转速的加大有利于灰渣的混合,填充度的加大使得混合减弱。接着,利用滚筒式冷渣器热态实验台架系统研究了内筒壁与灰渣间传热特性,建立了准三维传热模型对冷渣器内的传热特性以及灰渣颗粒内部温度分布进行了模拟分析。研究表明,灰渣平均粒径变小综合传热系数先升后降然后再升;滚筒的转速越大综合传热系数越大,且粒径越小转速对其影响作用亦越大,同时在滚筒内的停留时间越短,灰渣出力线性增加,灰渣出口温度增加;随滚筒冷渣器灰渣的填充度增加综合传热系数增加且增加幅度降低,灰渣出力增加,出口温度增高;随滚筒长度的加大,对冷渣器出力无影响,但灰渣的出口温度会降低;随螺旋肋角度增加,冷渣器出力加大,且出口渣温增加。灰渣截面温度梯度主要存在贴近滚筒壁面处,离灰渣入口越近与筒壁接触灰渣处温度梯度越大;灰渣粒径越大,传热受灰渣初始温度影响越大,出口渣温呈指数增加;灰渣在滚筒内的停留时间越长灰渣本身热阻对传热的影响越小。